Lua教程（四）：函数详解

时间：2021-05-22

一、函数：

在Lua中函数的调用方式和C语言基本相同，如：print("Hello World")和a = add(x, y)。唯一的差别是，如果函数只有一个参数，并且该参数的类型为字符串常量或table的构造器，那么圆括号可以省略，如print "Hello World"和f {x = 20, y = 20}。
Lua为面对对象式的调用也提供了一种特殊的语法--冒号操作符。表达式o.foo(o,x)的另一种写法是o:foo(x)。冒号操作符使调用o.foo时将o隐含的作为函数的第一个参数。
Lua中函数的声明方式如下：
复制代码代码如下:
function add(a)
local sum = 0
for i, v in ipairs(a) do
sum = sum + v
end
return sum
end

在以上声明中，包含了函数名(add)，参数列表(a)，以及函数体。需要说明的是，Lua中实参和形参的数量可以不一致，一旦出现这种情况，Lua的处理规则等同于多重赋值，即实参多于形参，多出的部分被忽略，如果相反，没有被初始化的形参的缺省值为nil。

1. 多重返回值：

Lua支持返回多个结果值。如：
复制代码代码如下:
s,e = string.find("Hello Lua users","Lua")
print("The begin index is " .. s .. ", the end index is " .. e .. ".");
-- The begin index is 7, the end index is 9.

以上的代码示例只是演示了如何获取Lua函数的多个返回值，下面的示例将给出如何声明返回多个值的Lua函数。如：
[code]
function maximum(a)
local mi = 1
local m = a[mi]
for i, val in ipairs(a) do
if val > m then
mi,m = i,val
end
end
return m,mi
end
print(maximum{8,10,23,12,5})
--23 3

Lua会调整一个函数的返回值数量以适应不同的调用情况。若将函数调用作为一条单独语句时，Lua会丢弃函数的所有返回值。若将函数作为表达式的一部分来调用时，Lua只保留函数的第一个返回值。只有当一个函数调用是一系列表达式中的最后一个元素时，才能获得所有返回值。这里先给出三个样例函数，如：
复制代码代码如下:
function foo0() end
function foo1() return "a" end
function foo2() return "a","b" end

最后一个需要介绍的是Lua中unpack函数，该函数将接收数组作为参数，并从下标1开始返回该数组的所有元素。如：
复制代码代码如下:
/> lua
> print(unpack{10,20,30})
10 20 30
> a,b = unpack{10,20,30}
> print(a,b)
10 20
> string.find(unpack{"hello","ll"}) --等同于string.find("hello","ll")

在Lua中unpack函数是用C语言实现的。为了便于理解，下面给出在Lua中通过递归实现一样的效果，如：
复制代码代码如下:
function unpack(t,i)
i = i or 1
if t[i] then
return t[i], unpack(t,i + 1)
end
end

2. 变长参数：
Lua中的函数可以接受不同数量的实参，其声明和使用方式如下：
复制代码代码如下:
function add(...)
local s = 0
for i, v in ipairs{...} do
s = s + v
end
return s
end
print(add(3,4,5,6,7))
--输出结果为：25

解释一下，函数声明中的(...)表示该函数可以接受不同数量的参数。当这个函数被调用时，所有的参数都被汇聚在一起，函数中访问它时，仍需用3个点(...)。但不同的是，此时这3个点将作为表达式来使用，如{...}表示一个由所有变参构成的数组。在含有变长参数的函数中个，同样可以带有固定参数，但是固定参数一定要在变长参数之前声明，如：
复制代码代码如下:
function test(arg1,arg2,...)
...
end

关于Lua的变长参数最后需要说明的是，由于变长参数中可能包含nil值，因此再使用类似获取table元素数量(#)的方式获取变参的数量就会出现问题。如果要想始终获得正确的参数数量，可以使用Lua提供的select函数，如：
复制代码代码如下:
for i = 1, select('#',...) do --这里'#'值表示让select返回变参的数量(其中包括nil)。
local arg = select(i, ...) --这里的i表示获取第i个变参，1为第一个。
--do something
end

3. 具名实参：

在函数调用时，Lua的传参规则和C语言相同，并不真正支持具名实参。但是我们可以通过table来模拟，比如：
复制代码代码如下:
function rename(old,new)
...
end

这里我们可以让上面的rename函数只接收一个参数，即table类型的参数，与此同时，该table对象将含有old和new两个key。如：
复制代码代码如下:
function rename(arg)
local old = arg.old
local new = arg.new
...
end

这种修改方式有些类似于JavaBean，即将多个参数合并为一个JavaBean。然而在使用时，Lua的table存在一个天然的优势，即如果函数只有一个参数且为string或table类型，在调用该函数时，可以不用加圆括号，如：
复制代码代码如下:
rename {old = "oldfile.txt", new = "newfile.txt"}

二、深入函数：

在Lua中函数和所有其它值一样都是匿名的，即它们都没有名称。在使用时都是操作持有该函数的变量，如：
复制代码代码如下:
a = { p = print }
a.p("Hello World")
b = print
b("Hello World")

在声明Lua函数时，可以直接给出所谓的函数名，如：
复制代码代码如下:
function foo(x) return 2 * x end

我们同样可以使用下面这种更为简化的方式声明Lua中的函数，如：
复制代码代码如下:
foo = function(x) return 2 * x end

因此，我们可以将函数理解为由语句构成的类型值，同时将这个值赋值给一个变量。由此我们可以将表达式"function(x) <body> end"视为一种函数的构造式，就想table的{}一样。我们将这种函数构造式的结果称为一个"匿名函数"。下面的示例显示了匿名函数的方便性，它的使用方式有些类似于Java中的匿名类，如：
复制代码代码如下:
table.sort(test_table,function(a,b) return (a.name > b.name) end)

1. closure(闭合函数)：
若将一个函数写在另一个函数之内，那么这个位于内部的函数便可以访问外部函数中的局部变量，见如下示例：
复制代码代码如下:
function newCounter()
local i = 0
return function() --匿名函数
i = i + 1
return i
end
end
c1 = newCounter()
print("The return value of first call is " .. c1())
print("The return value of second call is " .. c1())
--输出结果为：
--The return value of first call is 1
--The return value of second call is 2

在上面的示例中，我们将newCounter()函数称为闭包函数。其函数体内的局部变量i被称为"非局部变量"，和普通局部变量不同的是该变量被newCounter函数体内的匿名函数访问并操作。再有就是在函数newCounter返回后，其值仍然被保留并可用于下一次计算。再看一下下面的调用方式。
复制代码代码如下:
function newCounter()
local i = 0
return function() --匿名函数
i = i + 1
return i
end
end
c1 = newCounter()
c2 = newCounter()
print("The return value of first call with c1 is " .. c1())
print("The return value of first call with c2 is " .. c2())
print("The return value of second call with c1 is " .. c1())
--输出结果为：
--The return value of first call with c1 is 1
--The return value of first call with c2 is 1
--The return value of second call with c1 is 2

由此可以推出，Lua每次在给新的闭包变量赋值时，都会让不同的闭包变量拥有独立的"非局部变量"。下面的示例将给出基于闭包的更为通用性的用法：

复制代码代码如下:
do
--这里将原有的文件打开函数赋值给"私有变量"oldOpen，该变量在块外无法访问。
local oldOpen = io.open
--新增一个匿名函数，用于判断本次文件打开操作的合法性。
local access_OK = function(filename,mode) <检查访问权限> end
--将原有的io.open函数变量指向新的函数，同时在新函数中调用老函数以完成真正的打开操作。
io.open = function(filename,mode)
if access_OK(filename,mode) then
return oldOpen(filename,mode)
else
return nil,"Access denied"
end
end
end

上面的这个例子有些类似于设计模式中装饰者模式。

2. 非全局函数：

从上一小节中可以看出，Lua中的函数不仅可以直接赋值给全局变量，同时也可以赋值给其他类型的变量，如局部变量和table中的字段等。事实上，Lua库中大多数table都带有函数，如io.read、math.sin等。这种写法有些类似于C++中的结构体。如：
复制代码代码如下:
Lib = {}
Lib.add = function(x,y) return x + y end
Lib.sub = function(x,y) return x - y end

或者是在table的构造式中直接初始化，如：
复制代码代码如下:
Lib = { add = function(x,y) return x + y end,
sub = function(x,y) return x - y end
}

除此之外，Lua还提供另外一种语法来定义此类函数，如：
复制代码代码如下:
Lib = {}
function Lib.add(x,y) return x + y end
function Lib.sub(x,y) return x - y end

对于Lua中的局部函数，其语义在理解上也是非常简单的。由于Lua中都是以程序块作为执行单元，因此程序块内的局部函数在程序块外是无法访问的，如：
复制代码代码如下:
do
local f = function(x,y) return x + y end
--do something with f.
f(4,5)
end

对于这种局部函数，Lua还提供另外一种更为简洁的定义方式，如：
复制代码代码如下:
local function f(x,y) return x + y end

该写法等价于：
复制代码代码如下:
local f
f = function(x,y) return x + y end

3. 正确的尾调用：

在Lua中支持这样一种函数调用的优化，即“尾调用消除”。我们可以将这种函数调用方式视为goto语句，如：
复制代码代码如下:
function f(x) return g(x) end

由于g(x)函数是f(x)函数的最后一条语句，在函数g返回之后，f()函数将没有任何指令需要被执行，因此在函数g()返回时，可以直接返回到f()函数的调用点。由此可见，Lua解释器一旦发现g()函数是f()函数的尾调用，那么在调用g()时将不会产生因函数调用而引起的栈开销。这里需要强调的是，尾调用函数一定是其调用函数的最后一条语句，否则Lua不会进行优化。然而事实上，我们在很多看似是尾调用的场景中，实际上并不是真正的尾调用，如：
复制代码代码如下:
function f(x) g(x) end --没有return语句的明确提示
function f(x) return g(x) + 1 --在g()函数返回之后仍需执行一次加一的指令。
function f(x) return x or g(x) --如果g()函数返回多个值，该操作会强制要求g()函数只返回一个值。
function f(x) return (g(x)) --原因同上。

在Lua中，只有"return <func>(<args>)"形式才是标准的尾调用，至于参数中(args)是否包含表达式，由于表达式的执行是在函数调用之前完成的，因此不会影响该函数成为尾调用函数。

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